楊元喜，李曉燕

1. 西安測(cè)繪研究所地理信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054; 2. 31009部隊(duì), 北京 100088

微PNT與綜合PNT

楊元喜1，李曉燕2

1. 西安測(cè)繪研究所地理信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054; 2. 31009部隊(duì), 北京 100088

綜合定位導(dǎo)航授時(shí)是后GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文側(cè)重梳理微PNT發(fā)展需求和發(fā)展現(xiàn)狀，分析與之關(guān)聯(lián)的核心關(guān)鍵技術(shù)，論述綜合PNT與微PNT的關(guān)系。強(qiáng)調(diào)綜合PNT需要大量基礎(chǔ)設(shè)施投入與建設(shè)，而微PNT側(cè)重高技術(shù)傳感器的集成應(yīng)用。與現(xiàn)有文獻(xiàn)思路不同的是，我們認(rèn)為,為了實(shí)現(xiàn)各類(lèi)傳感器PNT輸出結(jié)果的坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一和時(shí)間尺度一致，微PNT應(yīng)包含多模GNSS和芯片級(jí)慣性導(dǎo)航和芯片級(jí)原子鐘等定位定時(shí)組件，微PNT強(qiáng)調(diào)小型化、個(gè)性化、組合化服務(wù)終端；微PNT除各PNT組件的小型化外，還包括各組件的深度集成，各類(lèi)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)融合和各組件的自主標(biāo)校；當(dāng)然，微PNT也強(qiáng)調(diào)各傳感器信息的時(shí)空基準(zhǔn)的統(tǒng)一。

定位導(dǎo)航授時(shí)；微型慣導(dǎo)組件；芯片級(jí)原子鐘；傳感器集成；數(shù)據(jù)融合；綜合PNT

定位導(dǎo)航授時(shí)(positioning navigation and timing,PNT)用戶(hù)每5年翻一番，由于機(jī)器人技術(shù)和其他移動(dòng)載體的定位導(dǎo)航授時(shí)需求，今后5～10年內(nèi)PNT用戶(hù)可能每2年翻一番[1]。尤其是無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、自動(dòng)駕駛等加速了PNT應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。然而，時(shí)至今日，大多數(shù)PNT用戶(hù)通常依賴(lài)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)，包括中國(guó)的北斗(BDS)、美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略(Galileo)系統(tǒng)等。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，美國(guó)軍方開(kāi)始認(rèn)識(shí)到GPS的脆弱性，尤其是在電子環(huán)境日益復(fù)雜、頻譜對(duì)抗日益激烈的未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，欲確保戰(zhàn)場(chǎng)PNT的主導(dǎo)權(quán)，確保各類(lèi)平臺(tái)、載體使用PNT的安全，必須降低對(duì)GPS的依賴(lài)[2]。

2010年起，美國(guó)交通部和國(guó)防部就開(kāi)啟了綜合PNT架構(gòu)的謀劃與研究[3]，目標(biāo)是2015年前建成美國(guó)國(guó)家PNT新體系[4]。

其實(shí)，GNSS不僅信號(hào)微弱，而且易被干擾，甚至被欺騙，于是取代GNSS服務(wù)的呼聲不絕于耳。是取代還是集成其他系統(tǒng)？一度出現(xiàn)爭(zhēng)論。但主流思想是，從體系上建成穩(wěn)健的PNT架構(gòu)。于是Parkinson教授提出PTA概念[5]，即預(yù)防干擾(protect)、堅(jiān)韌(toughen)和增強(qiáng)(augment),核心是GPS的PNT服務(wù)具有堅(jiān)韌性。筆者也提出了綜合PNT的架構(gòu)，基本出發(fā)點(diǎn)在于采用多GNSS融合服務(wù)，以便診斷和排斥單一系統(tǒng)的針對(duì)性干擾和欺騙，并采用基于不同物理原理的PNT信息融合服務(wù)，削弱對(duì)GNSS的依賴(lài)[4]。

綜合PNT理論上的優(yōu)越性不得不面臨實(shí)踐上的復(fù)雜性，尤其是隨著信息源的增加，用戶(hù)終端傳感器的結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，體積會(huì)越來(lái)越大，功耗也會(huì)隨之增大，顯然，這不符合大多數(shù)用戶(hù)的要求。大多數(shù)移動(dòng)用戶(hù)希望PNT服務(wù)終端具有便攜、可嵌入、低能耗、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。于是，追求小型化的PNT集成終端成為綜合PNT的核心問(wèn)題之一。

同樣在2010年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)啟動(dòng)了微PNT(micro-PNT)計(jì)劃，即綜合利用定位、導(dǎo)航和授時(shí)的微機(jī)械設(shè)備開(kāi)發(fā)微PNT組件[6]。其實(shí)，micro-PNT不僅應(yīng)包括微機(jī)械技術(shù)，還應(yīng)包括微電子技術(shù)；不僅體積“微”，功耗也應(yīng)“微”；而且必須具備穩(wěn)健性等性能指標(biāo)。

中國(guó)雖然已建成了北斗一代和北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但是中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與其他GNSS信號(hào)一樣具有脆弱性[7-10]。本文在綜合PNT體系架構(gòu)下，梳理微PNT的體系結(jié)構(gòu)，發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，并試圖探討若干關(guān)鍵核心技術(shù)，探討其可能的技術(shù)途徑。

1 微PNT發(fā)展現(xiàn)狀

在微PNT體系發(fā)展方面，美國(guó)先后啟動(dòng)了9個(gè)大型集智攻關(guān)研究計(jì)劃。在時(shí)鐘方面，啟動(dòng)了芯片級(jí)原子鐘(chip-scale atomic clock,CSAC)和集成微型主原子鐘技術(shù)(integrated micro primary atomic clock technology，IMPACT)；在定位方面，啟動(dòng)了導(dǎo)航級(jí)集成微陀螺(navigation grade integrated micro gyroscope,NGIMG)、微慣導(dǎo)技術(shù)(micro inertial navigation technology，MINT)、信息鏈微自動(dòng)旋式平臺(tái)(information tethered micro automated rotary stages，IT-MARS)、微尺度速率集成陀螺(micro scale rate integrating gyroscopes,MRIG)、芯片化微時(shí)鐘和微慣導(dǎo)組件(chip-scale timing and inertial measurement unit,TIMU)、主動(dòng)和自動(dòng)標(biāo)校技術(shù)(primary and secondary calibration on active layer,PASCAL)、慣導(dǎo)和守時(shí)數(shù)據(jù)采集、記錄和分析平臺(tái)(platform for acquisition, logging,and analysis of devices for inertial navigation & timing,PALADIN & T)等。這些研究計(jì)劃將形成美軍微PNT體系技術(shù)框架。

2011年《GPS WORLD》刊載文章認(rèn)為“微技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)”[11]。

1.1 微時(shí)鐘技術(shù)

早在2002年DARPA就發(fā)動(dòng)10多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)芯片級(jí)原子鐘(CSAC)進(jìn)行攻關(guān)，起初的目標(biāo)是，新研微原子鐘應(yīng)該比當(dāng)時(shí)的原子鐘小200倍以上，功耗減300倍，即體積從當(dāng)時(shí)的230 cm3減小到1 cm3，功耗從10 W減小于30 mW，精度制表位10-11，穩(wěn)定度指標(biāo)為1 μs/d。直到2012年美國(guó)才在太空站測(cè)試了芯片級(jí)原子鐘技術(shù)，當(dāng)時(shí)的CSAC的體積為15 cm3。盡管有多家公司研發(fā)的CSAC原型樣機(jī)已實(shí)現(xiàn)體積為1 cm3的目標(biāo)，并具有交付測(cè)試的能力，但離實(shí)際應(yīng)用還存在相當(dāng)大的差距。

在微型原子鐘技術(shù)方面，必須攻克固態(tài)電子和原子振蕩等關(guān)鍵技術(shù)[16]。微時(shí)鐘系統(tǒng)的質(zhì)量取決于各組件的時(shí)間同步、時(shí)鐘與其他測(cè)量裝置的時(shí)間同步，以及內(nèi)部時(shí)間傳遞精度。一般對(duì)于中低動(dòng)態(tài)載體導(dǎo)航，內(nèi)部時(shí)間精度應(yīng)達(dá)到10-12，對(duì)于以時(shí)間為參考的測(cè)量，則要求達(dá)到10-13的精度，并要求低功率的時(shí)鐘和振蕩器的長(zhǎng)期穩(wěn)定度要好于10-11每月，功耗1 W[16]。

在集成型主原子鐘技術(shù)(IMPACT)方面，已實(shí)現(xiàn)了功率低于250 mW，時(shí)間誤差小于160 ns/d的性能指標(biāo)。由于主原子鐘一般用于提供絕對(duì)時(shí)標(biāo)，于是，精度和可靠性有望比芯片級(jí)原子鐘高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。未來(lái)，可望實(shí)現(xiàn)尺寸5 cm3、功耗50 mW、頻率精度1×10-13/h(Allen方差)、穩(wěn)定度優(yōu)于5 ns/d的芯片級(jí)原子鐘。

超小型低功耗的絕對(duì)時(shí)標(biāo)主要用于微納衛(wèi)星和微小衛(wèi)星系統(tǒng)，也可應(yīng)用于無(wú)人水下潛器等。如果超小型低功耗的絕對(duì)時(shí)標(biāo)裝置嵌入GNSS接收機(jī)，則可提高GNSS接收機(jī)的抗干擾、防欺騙能力，因?yàn)楦蓴_和欺騙信號(hào)主要在時(shí)鐘方面施加隨機(jī)誤差，導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)電測(cè)距誤差增大，引起導(dǎo)航定位的系統(tǒng)偏差。此外，微小時(shí)鐘在高速信號(hào)捕獲、通信、監(jiān)視、導(dǎo)航、導(dǎo)彈引導(dǎo)、敵我識(shí)別及電子戰(zhàn)中都有重要用武之地。

1.2 微陀螺技術(shù)

微陀螺技術(shù)是微PNT的主攻方向之一。早在1970年就有關(guān)于原子陀螺的演示，只是那時(shí)的原子陀螺非常笨重且昂貴。由于MEMS技術(shù)的成熟和批量生產(chǎn)，原子陀螺的小型化成為主攻方向。但是，至今為止，基于MEMS的原子陀螺產(chǎn)品還不成熟，而且進(jìn)展緩慢[12]。

大多數(shù)光學(xué)陀螺都是基于薩尼亞克(Sagnac)效應(yīng)研制的，如光纖陀螺和環(huán)狀激光陀螺。

最初有人設(shè)計(jì)了硅微電子機(jī)械系統(tǒng)(SIMEMS)，該系統(tǒng)具有體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)[12]。但是這類(lèi)裝置不能測(cè)定小的旋轉(zhuǎn)速率，而慣性梯度測(cè)量需要測(cè)定0.001°/h的微小速率。幸運(yùn)的是，原子陀螺具有小型化的潛力。原子陀螺可概括分為原子干涉陀螺(atomic interference gyroscope,AIG)和原子自旋陀螺[13](atomic spin gyroscope,ASG)。

2011年就有了利用微原子核磁共振進(jìn)行陀螺儀的研究報(bào)道[14]。其實(shí)，自從1938年Isidor Rai發(fā)現(xiàn)核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)后，不少科學(xué)家即開(kāi)始嘗試?yán)肗MR技術(shù)研制陀螺儀。從格魯曼公司已經(jīng)封裝的微核磁共振陀螺儀的測(cè)試結(jié)果看，該型微陀螺體積小、穩(wěn)定性好，性能幾乎好于市場(chǎng)上所有微機(jī)械陀螺(MEMS)。

半導(dǎo)體光源的利用促進(jìn)了核磁共振陀螺儀(NMRG)的小型化。由于核磁共振陀螺儀無(wú)需機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，于是，對(duì)振動(dòng)或振蕩不敏感，具有高分辨率和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)?？梢岳枚鄠€(gè)具有不同特性的核磁共振組件進(jìn)行集成，只是在目前的技術(shù)狀態(tài)下，很難實(shí)現(xiàn)小型化。

2013年美國(guó)諾斯羅普·格魯曼(Northrop Grumman)公司演示了一款新型的微原子核磁共振螺旋儀(micro-NMRG)的原理樣機(jī)，利用原子核自旋功能探測(cè)和測(cè)量載體旋轉(zhuǎn)。盡管該裝置體積很小，但是幾乎具有現(xiàn)有光纖陀螺儀的定向性能，而且該陀螺儀被封裝在10 cm3的盒子里[15]。該螺旋儀的另一個(gè)特點(diǎn)是,配備有活動(dòng)部件，對(duì)載體的振動(dòng)和加速度不敏感。

1.3 微慣導(dǎo)定位技術(shù)

在慣性導(dǎo)航定位技術(shù)研究方面，DAPAR開(kāi)啟了7個(gè)研究計(jì)劃。

2008年美國(guó)啟動(dòng)微慣導(dǎo)技術(shù)(MINT)研究，旨在開(kāi)發(fā)微型、低功耗導(dǎo)航傳感器，具備數(shù)小時(shí)到數(shù)天的自主導(dǎo)航能力。MINT的目標(biāo)是體積達(dá)到1 cm3(能用于步行導(dǎo)航，如嵌入鞋體)，功耗不高于5 mW，要求步行36 h后精度仍能保持1 m，每步速度偏差為10 μm/s。微慣導(dǎo)組件采用直接測(cè)量中間慣性變量(速度和距離)，如此可以減小加速度計(jì)和陀螺儀集成后計(jì)算速度和位置帶來(lái)的累積誤差[16]。

2009年美國(guó)啟動(dòng)信息鏈微自動(dòng)旋式平臺(tái)(IT-MARS)，該計(jì)劃的目的是實(shí)施和驗(yàn)證多MEM組合的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)性能，為MEM組合傳感器提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度(微結(jié)構(gòu)、微傳感器本身無(wú)旋轉(zhuǎn))。目標(biāo)是研制出體積1 cm3、功耗10 mW、角度絕對(duì)精度好于0.001°、滿(mǎn)足最大擺動(dòng)10 μrad、旋轉(zhuǎn)速率360°/s測(cè)程范圍的IT-MARS。

2010年同時(shí)啟動(dòng)微尺度速率集成陀螺(MRIG)、芯片級(jí)微時(shí)鐘和微慣導(dǎo)組件(TIMU)、主次標(biāo)校技術(shù)(PASCAL)和慣導(dǎo)守時(shí)數(shù)據(jù)采集、記錄與分析平臺(tái)(PALADIN&T)[11]。

TIMU主要目標(biāo)是發(fā)展超小型定位和守時(shí)綜合裝置，設(shè)計(jì)要求該裝置體積10 mm3、功耗200 mW、圓概率誤差(CEP)達(dá)1 nmi/h，并且有自主導(dǎo)航能力。

熟練操作1-2種加工設(shè)備，識(shí)讀機(jī)械圖及相關(guān)的產(chǎn)品加工文件，掌握常用刀具的加工性能及使用，掌握常用量具的選擇及合理使用，加工設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，根據(jù)任務(wù)通知保質(zhì)保量完成生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)，做好現(xiàn)場(chǎng)管理工作。

PASCAL的主要目標(biāo)是減小時(shí)鐘和慣性傳感器的長(zhǎng)期漂移，以便在無(wú)GNSS支持的情況下，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間自主導(dǎo)航。于是該裝置的自檢校功能是研究重點(diǎn)。因?yàn)橹挥挟?dāng)微PNT傳感器具有自檢校功能時(shí)，才能弱化慣導(dǎo)和時(shí)鐘的長(zhǎng)期項(xiàng)偏差和系統(tǒng)漂移等累積誤差。PASCAL的偏差穩(wěn)定度要求提升至1×10-6，比現(xiàn)有微慣導(dǎo)(200×10-6)高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

PALADIN&T將發(fā)展具有普適性的柔性測(cè)試平臺(tái)。先發(fā)展原理型平臺(tái)，然后發(fā)展飛行便攜的簡(jiǎn)化的統(tǒng)一評(píng)估方法，并提供早期的野外技術(shù)驗(yàn)證。

2012年，DARPA啟動(dòng)芯片級(jí)組合原子導(dǎo)航(chip-scale combinatorial atomic navigation)，簡(jiǎn)稱(chēng)C-SCAN計(jì)劃，即尋求將不同物理特性的慣性傳感器集成到單一的微尺度慣性測(cè)量單元(IMU)，這也是DARPA開(kāi)展的微PNT計(jì)劃的重要組成部分，其目的是構(gòu)建自主的、不依賴(lài)GPS的芯片級(jí)微PNT系統(tǒng)，能適用于不同軍用平臺(tái)、不同作戰(zhàn)環(huán)境的載體精密引導(dǎo)，并能適用于中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的引導(dǎo)[16]。

C-SCAN計(jì)劃的核心是將具有不同物理特性的PNT組件集成到單一的微系統(tǒng)(microsystem)，不同組件具有互補(bǔ)性。主要目標(biāo)可以概況為：①將不同高性能固態(tài)慣性傳感器進(jìn)行綜合，發(fā)展綜合集成技術(shù)，將不同物理原理的各組件集成為一個(gè)整體，并實(shí)現(xiàn)小型化；②發(fā)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)融合處理方法。

C-SCAN組件具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和3個(gè)加速度傳感器，在惡劣環(huán)境下可為軍用載體提供定位導(dǎo)航服務(wù)。

2 微PNT發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)

微PNT關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在“微小”、“綜合”及“融合”，更強(qiáng)調(diào)綜合PNT服務(wù)。一般文獻(xiàn)所強(qiáng)調(diào)的微PNT組件是由微型時(shí)鐘、微型慣導(dǎo)等單元組成[1,11,16-17]。筆者認(rèn)為，微PNT不應(yīng)該排斥GNSS組件，因?yàn)镚NSS芯片不但可以實(shí)現(xiàn)微小化，而且可以提供外部基準(zhǔn)(盡管可能因?yàn)樾盘?hào)遮擋而不連續(xù))，于是芯片化的GNSS組件可以與微時(shí)鐘、微陀螺和微慣導(dǎo)組件深度集成。信息源的豐富是實(shí)現(xiàn)PNT輸出信息穩(wěn)健性的前提。

微PNT組件不僅要求體積小，而且要求功耗低，還要求具有生成可靠PNT信息的能力，于是微PNT涉及頂層設(shè)計(jì)和機(jī)電加工工藝技術(shù)。

圖1 微PNT的體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of micro-PNT

(1) “微”要體現(xiàn)優(yōu)化的設(shè)計(jì)原理。優(yōu)化合理的設(shè)計(jì)，才有可能有精細(xì)的制造；優(yōu)化合理的設(shè)計(jì)，還涉及后續(xù)的體系架構(gòu)；頂層設(shè)計(jì)的優(yōu)化是微尺度制造、微尺度集成的基礎(chǔ)。

(2) “微”還要體現(xiàn)精細(xì)的制造技術(shù)。微尺度制造首先要解決特殊的材料問(wèn)題，因?yàn)椤拔ⅰ焙苋菀自斐伞安环€(wěn)”，正常的材料要同時(shí)解決“微”與“穩(wěn)”，經(jīng)?；ハ嗝埽虼吮仨毠タ瞬牧虾椭圃旃に嚪矫娴膯?wèn)題；材料要滿(mǎn)足環(huán)境穩(wěn)定性和適應(yīng)性，再輔以特殊的制造工藝才能制造出先進(jìn)可靠的微PNT傳感器。

(3) “微”還必須具備不同原理的微器件的“深度集成”技術(shù)。深度集成應(yīng)該體現(xiàn)在能共用的單元就應(yīng)該共用。如多微型時(shí)鐘組件與多微型慣性導(dǎo)航組件，就應(yīng)該設(shè)計(jì)在同一芯片上，真正實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)PNT微組件。PNT裝置的微型化才能便于與其他不同載體的集成或嵌入。

(4) “微”就必須要求各計(jì)量器件具備自主標(biāo)校能力，包括主動(dòng)標(biāo)校和被動(dòng)標(biāo)校能力。在微器件狀態(tài)下，各組件的系統(tǒng)誤差應(yīng)該能自動(dòng)探測(cè)、自動(dòng)標(biāo)校，尤其能自適應(yīng)地進(jìn)行系統(tǒng)誤差擬合和糾正，確保多傳感器集成后的PNT組件處于高穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)。

(1)

(2)

式中，0≤αI(t)≤1為t時(shí)刻I類(lèi)觀(guān)測(cè)的自適應(yīng)因子，用來(lái)調(diào)節(jié)各類(lèi)觀(guān)測(cè)對(duì)融合參數(shù)的貢獻(xiàn)；PI(t)hI(LI(t))為觀(guān)測(cè)類(lèi)LI(t)對(duì)模型參數(shù)的貢獻(xiàn)形式表達(dá)，不同的準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)不同的PI(t)hI(LI(t))。如采用最小二乘準(zhǔn)則，則有

(3)

式中，AI為線(xiàn)性化觀(guān)測(cè)方程的系數(shù)矩陣。

如果在自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合過(guò)程中能實(shí)施對(duì)各微PNT組件的在線(xiàn)標(biāo)校，則可減少各類(lèi)觀(guān)測(cè)量的特有模型參數(shù)，提高PNT融合輸出結(jié)果的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

“綜合PNT”需要“微PNT”的支持，否則綜合PNT將會(huì)復(fù)雜、笨重、高功耗。而微PNT必須解決各組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料的優(yōu)選、制造的精密、組件的深度集成、各傳感器的實(shí)時(shí)標(biāo)校、各傳感器輸出信息自適應(yīng)融合。微PNT數(shù)據(jù)自適應(yīng)融合需要對(duì)各類(lèi)組件的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，構(gòu)造合理的自適應(yīng)因子，以最佳平衡各類(lèi)傳感器及各類(lèi)觀(guān)測(cè)對(duì)模型參數(shù)的貢獻(xiàn)。特別需要指出的是，微PNT必須包括GNSS芯片，有GNSS支持的PNT可以確保微型傳感器輸出信息的時(shí)空基準(zhǔn)的一致性。微PNT還必須具備智能化、全天候、全空域的服務(wù)能力。

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(責(zé)任編輯：張燕燕)

Micro-PNT and Comprehensive PNT

YANG Yuanxi1，LI Xiaoyan2

1. National Key Laboratory of Geo-Information Engineering, Xi’an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi’an 710054, China; 2. 31009 Troops, Beijing 100088, China

Comprehensive or integrated positioning, navigation and timing is an obvious developing trend following the global navigation satellite system.This paper summarizes the current status of micro-PNT and its developing requirements. The related key technologies are described and the relationship between comprehensive PNT and micro-PNT is analyzed. It is stressed that the comprehensive PNT needs massive infrastructure construction and investment, however, the micro-PNT aims at the integrated applications of high-tech micro sensors. It is different from the current opinions appeared in the literatures, micro-PNT should include multi GNSS integration and micro components of navigation and timing in order to make the PNT outputs refer to a unified coordinate datum and time scale. Micro-PNT focuses on the personalized micro terminal applications. Except for the miniaturization of each PNT component, micro-PNT aims at the deep integration of the micro sensors, adaptive data fusion and self calibration of each component.

positioning, navigation and timing (PNT); micro inertial navigation sensor; chip scale atomic clock; sensor integration； data fusion; comprehensive PNT

The National Key Research and Development of China(No. 2016YFB0501700)

YANG Yuanxi (1956—), male, PhD, research fellow, academician of Chinese Academy of Sciences, majors in dynamic geodetic data and satellite navigation data processing.

楊元喜，李曉燕.微PNT與綜合PNT[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(10)：1249-1254.

10.11947/j.AGCS.2017.20170249.

YANG Yuanxi，LI Xiaoyan.Micro-PNT and Comprehensive PNT[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1249-1254. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170249.

P228

A

1001-1595(2017)10-1249-06

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0501700)

2017-05-11

修回日期： 2017-07-07

楊元喜(1956—)，男，博士，研究員，中國(guó)科學(xué)院院士，研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)大地測(cè)量數(shù)據(jù)與衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理。

E-mail： yuanxi_yang@163.com